Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
Đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ chế biến dầu khí mô phỏng phân xưởng chưng cất dầu thô (CDU) và áp dụng pinch technology để đánh giá hệ thống thu hồi nhiệt
1- Tên đề tài : Mô phỏng phân xưởng Chưng cất Dầu thô (CDU) và áp dụng Pinch Technology để đánh giá hệ thống thu hồi nhiệt.
2- Nội dung các phần thuyết minh, mô phỏng và tính toán :
- Số liệu đồ án: Tham khảo sơ đồ công nghệ của phân xưởng CDU theo số liệu của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn
- Tổng quan lý thuyết về kỹ thuật Pinch ứng dụng trong Công nghệ Hóa học.
- Giới thiệu về Nhà máy Lọc dầu Ngi sơn và Phân xưởng CDU.
- Khai thác số liệu phục vụ quá trình mô phỏng toàn bộ phân xưởng CDU.
- Đánh giá kết quả mô phỏng.
- Trích xuất số liệu phục vụ mô phỏng đánh giá hệ thống thu hồi nhiệt của phân xưởng CDU
- Phân tích đánh giá hiệu quả thu hồi nhiệt của phân xưởng CDU hiện hành.
- Đề xuất các giải pháp cải thiện hiệu quả thu hồi nhiệt của phân xưởng.
- Kết luận và Kiến nghị
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 7
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NH MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN………………………….9
1.1 Giới thiệu 9
1.2 Công suất thiết kế và nhu cầu sản phẩm thương mại của nhà máy 9
1.3 Nguồn nguyên liệu được sử dụng cho nhà máy lọc dầu Nghi Sơn 10
1.3.1 Các đặc tính dầu thô từ Kuwait 10
1.4 Các sản phẩm thương mại của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn 12
1.4.1 Các sản phẩm năng lượng 12
1.4.2 Sản phẩm phi năng lượng 17
Chương 2 TỔNG QUAN VỀ PHÂN XƯỞNG CDU CỦA NH MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN………………… 18
2.1 Phân xưởng CDU của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn và cơ sở thiết kế 18
2.1.1 Mục đích của quá trình 18
2.1.2 Mô tả quá trình 18
2.2 Cơ sở thiết kế [1] 19
2.2.1 Mục đích thiết kế 19
2.2.2 Các nguồn nguyên liệu thiết kế 20
2.2.3 Các trường hợp thiết kế 20
2.2.3.1 Trường hợp thiết kế cơ bản 20
2.2.3.2 Trường hợp tối thiểu Kerosene 22
2.2.4 Các trường hợp kiểm tra 22
2.2.4.1 Trường hợp tối đa Kerosene 22
2.2.4.2 Trường hợp hồi lưu lạnh 22
2.2.4.3 Trường hợp Murban 22
Chương 3 MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG CHƯNG CẤT KHÍ QUYỂN CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN BẰNG PHẦN MỀM HYSYS 23
3.1 Cơ sở dữ liệu 23
3.1.1 Nguyên liệu 23
3.1.2 Các sản phẩm của phân xưởng CDU 25
3.2 Mô phỏng bằng phần mềm Aspen Hysys V7.2 27
3.2.1 Chọn mô hình nhiệt động 27
3.2.2 Khai thác số liệu từ các bản vẽ 28
3.2.2.1 Lưu lượng nguyên liệu và các dòng sản phẩm chính 28
3.2.2.2 Các điều kiện vào trước tháp của dầu thô 28
3.2.2.3 Thông số các dòng hơi nước quá nhiệt 29
3.2.2.4 Các thông số thiết kế và vận hành của tháp chính 010-C-001 29
3.2.2.5 Các thông số thiết kế và vận hành của tháp stripping 31
3.2.2.6 Các chỉ tiêu kỹ thuật 32
3.2.2.7 Chuyển số đĩa thực tế sang số đĩa lý thuyết [2] 32
3.3 Các bước tiền mô phỏng 34
3.3.1 Khai báo dữ liệu về dầu thô 34
3.3.1.1 Thiết lập đơn vị sử dụng 34
3.3.1.2 Chọn hệ nhiệt động 34
3.3.1.3 Define Assay dầu thô 35
3.3.1.4 Vào môi trường môi phỏng 37
3.3.2 Mô phỏng tháp chưng cất khí quyển 37
3.4 Kết quả mô phỏng và kết luận 41
3.4.1 Xây dựng mô hình tháp C-001 41
3.5 Xây dựng sơ đồ mô phỏng với thiết kế tháp đã chọn 45
3.5.1 Xây dựng hệ thống tiền gia nhiệt 45
Chương 4 TỔNG QUAN VỀ KỶ THUẬT PINCH 48
4.1 Khái niệm và nguyên tắc của kỷ thuật Pinch 48
4.1.1 Khái niệm Pinch [3] 48
4.1.2 Xây dựng đường tổ hợp cho các dòng nóng , nguội 48
4.1.3 Khái niệm DTmin và Pinch Point 50
4.1.3.1 DTmin (∆Tmin) 50
4.1.3.2 Pinch Point (Process Pinch) 52
4.1.4 Nguyên tắc Pinch 53
4.2 Khai thác dữ liệu từ sơ đồ công nghệ để áp dụng và kỹ thuật Pinch 54
4.2.1 Ví dụ mở đầu 54
4.2.1.1 Xây dựng bảng số liệu 55
4.2.1.2 Xây dựng đường tổ hợp 56
4.2.2 Nguyên tắc khai thác dữ liệu từ sơ đồ công nghệ 58
4.2.2.1 Không tách các dòng có cùng tính chất nhiệt và hóa học trên sơ đồ hiện có… 58
4.2.2.2 Không tổ hợp các dòng có nhiệt độ khác nhau 61
4.2.2.3 Khai thác dữ liệu tại các nhiệt độ “có hiệu quả” của các dòng công nghệ…... ………………………………………………………………………62
4.2.2.4 Đảm bảo tính chính xác của dữ liệu khi trích xuất 63
4.2.2.5 Không trích xuất dữ liệu của các dòng phụ trợ thuần túy 64
4.2.2.6 Nhận dạng dữ liệu “mềm” khi trích xuất 64
4.3 Sử dụng nhiều tác nhân cho quá trình đun nóng và làm nguội 65
4.3.1 Biểu diễn trên giản đồ đường tổ hợp (composite curve) 65
4.3.2 Biểu diễn trên giản đồ đường tổ hợp Grand (Grand Composite Curve) 66
4.4 Cân bằng giữa chi phí năng lượng và đầu tư ban đầu 68
4.4.1 Quá trình thiết kế mới HEN 68
4.4.1.1 Xác định bề mặt truyền nhiệt 68
4.4.1.2 Xác định số lượng thiết bị trao đổi nhiệt tối thiểu cho HEN 69
4.4.1.3 Xác định chi phí của HEN 70
4.4.2 Thiết kế cải tiến HEN 72
4.4.2.1 Hệ số bề mặt hiệu quả [3] 73
4.4.2.2 Thiết kế cải tiến dựa trên DTmin 74
4.4.2.3 Thiết kế cải tiến dựa trên giá trị DTmin thực nghiệm 75
4.4.2.4 Thời gian hoàn vốn 76
4.5 Thiết kế hệ thống trao đổi nhiệt (HEN) bằng phương pháp Pinch 77
4.5.1 Một số khái niệm cơ bản 77
4.5.2 Thiết kế hệ thống trao đổi nhiệt (HEN) 78
4.5.2.1 Sơ đồ nguyên lý của quá trình thiết kế HEN 78
4.5.2.2 Sơ đồ lưới 79
4.5.3 Thiết kế HEN bằng phương pháp Pinch 80
4.5.3.1 Nguyên tắc của phương pháp Pinch 80
4.5.3.2 Thiết kế phần Sink (phía trên Pinch) 80
4.5.3.3 Thiết kế phần Source 82
4.5.3.4 Bậc tự do của HEN 82
4.5.3.5 Thiết kế HEN với mục tiêu chi phí vận hành nhỏ nhất 83
4.5.3.6 Chia dòng (phân nhánh) phục vụ cho quá trình thiết kế 85
4.5.3.7 Đánh giá HEN vừa thiết kế 86
4.5.3.8 Thiết kế cải tiến HEN 88
4.5.3.9 Phương pháp Pinch dùng khi thiết kế cải tiến 88
4.5.3.10 Hiệu chỉnh thiết bị trao đổi nhiệt Cross Pinch 88
4.5.3.11 Phân tích các đường nhiệt hở 90
Chương 5 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT PINCH PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH THU HỒI NHIỆT CỦA PHÂN XƯỞNG CDU – NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN 92
5.1 Một số mục tiêu cần đạt được khi phân tích phân xưởng CDU 92
5.1.1 Hàm mục tiêu 92
5.1.2 Tối ưu năng suất nhiệt của lò đốt 92
5.1.3 Bề mặt trao đổi nhiệt tối ưu 92
5.1.4 Số lượng thiết bị trao đổi nhiệt tối ưu 93
5.1.5 Chi phí tối ưu 93
5.2 Các bước tiến hành để ứng dụng kỹ thuật Pinch 94
5.2.1 Trích xuất dữ liệu từ sơ đồ PFD và P&ID 94
5.2.2 Mô phỏng phân xưởng CDU bằng phần mềm Hysys 95
5.2.3 Phân tích quá trình thu hồi nhiệt bằng kỹ thuật Pinch 95
5.2.4 Xác lập chế độ vận hành cho HEN 97
5.3 Kết quả mô phỏng và phân tích Pinch 97
5.4 So sánh trường hợp hiện tại với trường hợp tối ưu 100
5.5 Các biện pháp cải thiện mô hình hiện tại nhà máy 101
5.5.1 Phân tích đường nhiệt hở 101
5.5.1.1 Kết quả khi tăng công suất E015 102
MỘT SỐ KÍ HIỆU DÙNG TRONG ĐỒ ÁN 106
DANH MỤC BẢNG VẼ 116
DANH MỤC HÌNH VẼ 118
LỜI NÓI ĐẦU
Các quá trình trong công nghệ hóa học như: Chưng cất, phản ứng hóa học, trích ly…cần được cung cấp một lượng năng lượng cần thiết để quá trình xảy ra đạt hiệu quả và đảm bảo thu được các sản phẩm có chất lượng tốt đáp ứng nhu cầu thị trường. Dòng sản phẩm ra khỏi các thiết bị của quá trình thường có nhiệt độ cao và cần được làm lạnh để đưa vào kho lưu trữ trước khi đưa đi phân phối đến nơi tiêu thụ. Tất cả chi phí cho quá trình đun nóng và làm lạnh đều được tính vào giá thành của một đơn vị sản phẩm vì vậy nếu chi phí cho quá trình đun nóng và làm nguội đắt tiền thì sản phẩm bán ra thị trường có giá cao, tính cạnh tranh thấp. Vì vậy, tiết kiêm năng lượng tiêu thụ là một vấn đề rất quan trọng có ảnh hưởng lớn đến lợi nhuận và sự tồn tại của nhà máy. Để làm được việc này, chúng ta cần thiết kế hệ thống trao đổi nhiệt để tận dụng nhiệt của các dòng nóng để gia nhiệt nguyên liệu làm gảm chi phí cho quá trình đun nóng và làm nguội.
Hiện nay, người ta dùng kỹ thuật Pinch technology để thiết kế hệ thống trao đổi nhiệt, nhằm tận dụng tối đa lượng nhiệt có thể thu hồi được từ quá trình qua đó làm giảm chi phí cho quá trình đun nóng và làm lạnh, tiến đến làm giảm chi phí tổng của quá trình.
Kỹ thuật Pinch technology cung cấp cho người thiết kế một công cụ thuận tiện để phân tích quá trình thu hồi nhiệt tại các nhà máy hóa chất, hóa dầu và đặt biệt là trong lĩnh vực lọc dầu. Bằng cách xây dựng đường tổ hợp (Composite curve và Grand composite curve) cho các dòng công nghệ nóng và nguội trong quá trình, kỹ thuật Pinch technology giúp chúng ta tính toán lượng nhiệt cần cấp thêm vào hay lấy bớt ra khỏi quá trình một cách dễ dàng thông qua lựa chọn giá trị Dtmin thích hợp của hệ thống trao đổi nhiệt.
Đề tài của tui là: “Mô phỏng phân xưởng Chưng Cất Dầu Thô và Áp dụng Pinch technology để đánh giá hệ thống thu hồi nhiệt ”, trên cơ sở kiến thức cơ bản của kỹ thuật Pinch, ứng dụng phần mềm Aspen HX – Net, Excel tui đã hoàn thành đồ án này. Đồ án bao gồm 2 phần chính:
Mô phỏng phân xưởng Chưng cất Dầu Thô(CDU) trên hysys
Ứng dụng kỹ thuật Pinch và phần mềm Aspen HX – Net để tính toán lượng nhiệt thu hồi của phân xưởng CDU.
tui xin chân thành Thank thầy giáo PGS. TS Nguyễn Đình Lâm đã giúp tui hoàn thành đồ án này đúng hạn.
Trong quá trình làm, do nhiều nguyên nhân khác nhau nên những thiếu sót là điều khó tránh khỏi. Rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô giáo và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.
Đà nẵng, ngày 09 tháng 6 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Đoàn Văn Hiếu
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN
1.1 Giới thiệu
Nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, Việt Nam thuộc khu kinh tế Nghi Sơn, nằm ở phía Nam tỉnh Thanh Hóa, cách Hà Nội 200km, có đường bộ và đường sắt Quốc gia chạy qua, có cảng biển nước sâu cho tàu có tải trọng đến 30.000 DWT (Dead Weight Ton) cập bến. Khu kinh tế Nghi Sơn được đánh giá là trọng điểm phát triển phía Nam của Vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, đồng thời là cầu nối giữa vùng Bắc Bộ với Trung Bộ, với thị trường Nam Lào và Đông Bắc Thái Lan.
Mục tiêu cụ thể của việc xây dựng nhà máy lọc dầu Nghi Sơn do chính phủ đề xuất là:
- Đáp ứng nhu cầu thị trường và a ninh năng lượng.
- Cung cấp nguyên liệu để phát triển nghành công nghiệp hóa dầu.
- Đóng góp vào sự phát triển kinh tế của khu vực phía bắc và đảm bảo sự phát triển đồng đều của cả nước.
1.2 Công suất thiết kế và nhu cầu sản phẩm thương mại của nhà máy
Dự án này có tổng mức đầu tư lên tới 9 tỷ USD và có công suất 9.6 triệu tấn dầu thô trong một năm giai đoạn đầu và có thể nâng cấp lên 10 triệu tấn dầu thô một năm. Chủ đầu tư này là một công ty liên doanh gồm: Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (PVN) (25,1% vốn), Công ty Dầu mỏ Kuwait (KPI) (35,1%), Công ty Idemitsu Kosan Co (IKC) (35,1%) và Công ty Hóa chất Mitsui Chemicals Inc (MCI) 4,7%. Liên danh nhà thầu EPC do công ty JGC Corporation (Nhật Bản) đứng đầu và các nhà thầu: Chiyoda Corporation (Nhật Bản), GS Engineering & Construction Corporation (Hàn Quốc), SK Engineering & Construction Co., Ltd (Hàn Quốc), Technip France (Pháp), và Technip Geoproduction (M) Sdn. Bhd (Malaysia).
Nhà máy được thiết kế cung cấp các sản phẩm thương mại:
- 2,3 triệu tấn xăng dầu với 3 loại khác nhau: RON92, RON95 và RON98.
- 3,7 triệu tấn dầu diesel, 400.000 tấn polypropylene.
- 600.000 tấn nhiên liệu phản lực JET A1.
- 1 triệu tấn khác hóa dầu và 0,5 triệu tấn LPG.
1.3 Nguồn nguyên liệu được sử dụng cho nhà máy lọc dầu Nghi Sơn
1.3.1 Các đặc tính dầu thô từ Kuwait
Là dầu thô trung bình (d = 0,876 và oAPI = 29,9) và có hàm lượng lưu huỳnh cao (2,65%wt). Do đó, trong quá trình xử lý, dầu thô cần được xử lý để tạo sản phẩm có chất lượng tốt.
Hàm lượng kim loại nặng trong dầu là tương đối cao. Ví dụ, hàm lượng Nikel là 10,1 ppm, Vanadium là 31,1 pPhần mềm và sắt 0,7 ppm. Với nồng độ kim loại như vậy, nó sẽ có hại cho quá trình sản xuất bởi vì sự hiện diện của các kim loại này gây ngộ độc chất xúc tác, hư hỏng thiết bị và giảm chất lượng sản phẩm.
Hàm lượng nitơ trong khoảng 372 ppm, đó là có khả năng gây ngộ độc chất xúc tác và giảm độ ổn định của dầu trong quá trình bảo quản.
Nhận xét:
Từ bảng kết quả ta thấy khi tăng công suất E015 lên thì lượng nhiệt cấp cho lò đốt giảm 2.84%, lượng nhiệt cần làm nguội giảm 2.7%, vì thế chi phí vận hành giảm 2.87% so với mô phỏng tuy nhiên chi phí đầu tư tăng 20.87% do diện tích trao đổi nhiệt tăng lên 34.2% nên làm tăng chi phí đầu tư vì vậy mà tổng chi phí cho quá trình tăng lên 6.3%.
Hình 5.9 đường tổ hợp nóng và lạnh khi DTmin = 18.4
Kết luận
Áp dụng kỹ thuật Pinch technology vào phân tích quá trình thu hồi nhiệt của phân xưởng CDU, với giả thiết tất cả các thiết bị ở dạng Shell – tube, chúng tui đã tính toán và đưa ra phương pháp giải quyết phù hợp, năng suất nhiệt của lò đốt tiết kiệm được 2.84%, chi phí cho quá trình làm lạnh tiết kiệm được 2.7%, chi phí vận hành giảm được 2.87% so với mô hình hiện tại. Tuy nhiên trong thực tế, các thiết bị trao đổi nhiệt bằng không khí không phải ở dạng tube – shell nên phần tính toán kinh tế của quá trình chưa thực sự chính xác. Các hệ số a, b, c dùng để tính chi phí của thiết bị trao đổi nhiệt và lò đốt được lấy theo giá thiết bị năm 2006 nên không còn phù hợp với thời điểm hiện tại.
KẾT LUẬN
Pinch technology là kỹ thuật rất hay trong tính toán, phân tích tối ưu quá trình thu hồi nhiệt, nó cung cấp cho chúng ta một công cụ đơn giản và dễ quan sát trong việc tính toán tối ưu hệ thống trao đổi nhiệt. Thông qua việc khảo sát sự ảnh hưởng của giá trị Dtmin lên chi phí đầu tư, chi phí vận hành để tìm ra giá trị Dtmin tối ưu – giá trị Dtmin mà ở đó chi phí tổng của quá trình là nhỏ nhất. Với giá trị Dtmin tối ưu, chúng ta xây dựng đường tổ hợp và đường tổ hợp Grand và hoàn toàn xác định được lượng nhiệt cần cấp thêm vào quá trình, lượng phụ trợ cần dùng để làm lạnh các dòng sản phẩm. Ngoài ra kỹ thuật Pinch technology còn được ứng dụng vào nhiểu lĩnh vực khác như Pinch nước, Pinch hydro và dùng để phân tích toàn bộ một nhà máy với nhiều phân xưởng khác nhau.
Trong giới hạn nội dung đồ án này, chúng tui chỉ Mô Phỏng phân xưởng Chưng Cất Dầu thô CDU và áp dụng Pinch technology để đánh giá hệ thống thu hồi nhiệt. Qua quá trình làm việc vất vả và sáng tạo, chúng tui đã:
Mô phỏng được phân xưởng Chưng Cất Dầu Thô (CDU) và những nguyên tắc cần tôn trọng trong quá trình thiết kế.
Áp dụng thành công kỹ thuật Pinch technology để đánh giá hệ thống thu hồi nhiệt trên phần mềm Aspen HX – Net.
Sử dụng các phương pháp đã học để cải thiện mô hình hiện tại của nhà máy..
Do thời gian làm việc tương đối ngắn, giới hạn sử dụng của phần mềm cộng thêm lĩnh vực này hoàn toàn mới nên đồ án này vẫn còn nhiều thiếu sót và cần thêm thời gian để hoàn thiện những tính toán đặc biệt là những tính toán kinh tế. Vì thế đồ án này chỉ mang tính chất tham khảo chưa thể áp dụng vào giảng dạy.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ chế biến dầu khí mô phỏng phân xưởng chưng cất dầu thô (CDU) và áp dụng pinch technology để đánh giá hệ thống thu hồi nhiệt
1- Tên đề tài : Mô phỏng phân xưởng Chưng cất Dầu thô (CDU) và áp dụng Pinch Technology để đánh giá hệ thống thu hồi nhiệt.
2- Nội dung các phần thuyết minh, mô phỏng và tính toán :
- Số liệu đồ án: Tham khảo sơ đồ công nghệ của phân xưởng CDU theo số liệu của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn
- Tổng quan lý thuyết về kỹ thuật Pinch ứng dụng trong Công nghệ Hóa học.
- Giới thiệu về Nhà máy Lọc dầu Ngi sơn và Phân xưởng CDU.
- Khai thác số liệu phục vụ quá trình mô phỏng toàn bộ phân xưởng CDU.
- Đánh giá kết quả mô phỏng.
- Trích xuất số liệu phục vụ mô phỏng đánh giá hệ thống thu hồi nhiệt của phân xưởng CDU
- Phân tích đánh giá hiệu quả thu hồi nhiệt của phân xưởng CDU hiện hành.
- Đề xuất các giải pháp cải thiện hiệu quả thu hồi nhiệt của phân xưởng.
- Kết luận và Kiến nghị
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 7
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NH MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN………………………….9
1.1 Giới thiệu 9
1.2 Công suất thiết kế và nhu cầu sản phẩm thương mại của nhà máy 9
1.3 Nguồn nguyên liệu được sử dụng cho nhà máy lọc dầu Nghi Sơn 10
1.3.1 Các đặc tính dầu thô từ Kuwait 10
1.4 Các sản phẩm thương mại của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn 12
1.4.1 Các sản phẩm năng lượng 12
1.4.2 Sản phẩm phi năng lượng 17
Chương 2 TỔNG QUAN VỀ PHÂN XƯỞNG CDU CỦA NH MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN………………… 18
2.1 Phân xưởng CDU của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn và cơ sở thiết kế 18
2.1.1 Mục đích của quá trình 18
2.1.2 Mô tả quá trình 18
2.2 Cơ sở thiết kế [1] 19
2.2.1 Mục đích thiết kế 19
2.2.2 Các nguồn nguyên liệu thiết kế 20
2.2.3 Các trường hợp thiết kế 20
2.2.3.1 Trường hợp thiết kế cơ bản 20
2.2.3.2 Trường hợp tối thiểu Kerosene 22
2.2.4 Các trường hợp kiểm tra 22
2.2.4.1 Trường hợp tối đa Kerosene 22
2.2.4.2 Trường hợp hồi lưu lạnh 22
2.2.4.3 Trường hợp Murban 22
Chương 3 MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG CHƯNG CẤT KHÍ QUYỂN CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN BẰNG PHẦN MỀM HYSYS 23
3.1 Cơ sở dữ liệu 23
3.1.1 Nguyên liệu 23
3.1.2 Các sản phẩm của phân xưởng CDU 25
3.2 Mô phỏng bằng phần mềm Aspen Hysys V7.2 27
3.2.1 Chọn mô hình nhiệt động 27
3.2.2 Khai thác số liệu từ các bản vẽ 28
3.2.2.1 Lưu lượng nguyên liệu và các dòng sản phẩm chính 28
3.2.2.2 Các điều kiện vào trước tháp của dầu thô 28
3.2.2.3 Thông số các dòng hơi nước quá nhiệt 29
3.2.2.4 Các thông số thiết kế và vận hành của tháp chính 010-C-001 29
3.2.2.5 Các thông số thiết kế và vận hành của tháp stripping 31
3.2.2.6 Các chỉ tiêu kỹ thuật 32
3.2.2.7 Chuyển số đĩa thực tế sang số đĩa lý thuyết [2] 32
3.3 Các bước tiền mô phỏng 34
3.3.1 Khai báo dữ liệu về dầu thô 34
3.3.1.1 Thiết lập đơn vị sử dụng 34
3.3.1.2 Chọn hệ nhiệt động 34
3.3.1.3 Define Assay dầu thô 35
3.3.1.4 Vào môi trường môi phỏng 37
3.3.2 Mô phỏng tháp chưng cất khí quyển 37
3.4 Kết quả mô phỏng và kết luận 41
3.4.1 Xây dựng mô hình tháp C-001 41
3.5 Xây dựng sơ đồ mô phỏng với thiết kế tháp đã chọn 45
3.5.1 Xây dựng hệ thống tiền gia nhiệt 45
Chương 4 TỔNG QUAN VỀ KỶ THUẬT PINCH 48
4.1 Khái niệm và nguyên tắc của kỷ thuật Pinch 48
4.1.1 Khái niệm Pinch [3] 48
4.1.2 Xây dựng đường tổ hợp cho các dòng nóng , nguội 48
4.1.3 Khái niệm DTmin và Pinch Point 50
4.1.3.1 DTmin (∆Tmin) 50
4.1.3.2 Pinch Point (Process Pinch) 52
4.1.4 Nguyên tắc Pinch 53
4.2 Khai thác dữ liệu từ sơ đồ công nghệ để áp dụng và kỹ thuật Pinch 54
4.2.1 Ví dụ mở đầu 54
4.2.1.1 Xây dựng bảng số liệu 55
4.2.1.2 Xây dựng đường tổ hợp 56
4.2.2 Nguyên tắc khai thác dữ liệu từ sơ đồ công nghệ 58
4.2.2.1 Không tách các dòng có cùng tính chất nhiệt và hóa học trên sơ đồ hiện có… 58
4.2.2.2 Không tổ hợp các dòng có nhiệt độ khác nhau 61
4.2.2.3 Khai thác dữ liệu tại các nhiệt độ “có hiệu quả” của các dòng công nghệ…... ………………………………………………………………………62
4.2.2.4 Đảm bảo tính chính xác của dữ liệu khi trích xuất 63
4.2.2.5 Không trích xuất dữ liệu của các dòng phụ trợ thuần túy 64
4.2.2.6 Nhận dạng dữ liệu “mềm” khi trích xuất 64
4.3 Sử dụng nhiều tác nhân cho quá trình đun nóng và làm nguội 65
4.3.1 Biểu diễn trên giản đồ đường tổ hợp (composite curve) 65
4.3.2 Biểu diễn trên giản đồ đường tổ hợp Grand (Grand Composite Curve) 66
4.4 Cân bằng giữa chi phí năng lượng và đầu tư ban đầu 68
4.4.1 Quá trình thiết kế mới HEN 68
4.4.1.1 Xác định bề mặt truyền nhiệt 68
4.4.1.2 Xác định số lượng thiết bị trao đổi nhiệt tối thiểu cho HEN 69
4.4.1.3 Xác định chi phí của HEN 70
4.4.2 Thiết kế cải tiến HEN 72
4.4.2.1 Hệ số bề mặt hiệu quả [3] 73
4.4.2.2 Thiết kế cải tiến dựa trên DTmin 74
4.4.2.3 Thiết kế cải tiến dựa trên giá trị DTmin thực nghiệm 75
4.4.2.4 Thời gian hoàn vốn 76
4.5 Thiết kế hệ thống trao đổi nhiệt (HEN) bằng phương pháp Pinch 77
4.5.1 Một số khái niệm cơ bản 77
4.5.2 Thiết kế hệ thống trao đổi nhiệt (HEN) 78
4.5.2.1 Sơ đồ nguyên lý của quá trình thiết kế HEN 78
4.5.2.2 Sơ đồ lưới 79
4.5.3 Thiết kế HEN bằng phương pháp Pinch 80
4.5.3.1 Nguyên tắc của phương pháp Pinch 80
4.5.3.2 Thiết kế phần Sink (phía trên Pinch) 80
4.5.3.3 Thiết kế phần Source 82
4.5.3.4 Bậc tự do của HEN 82
4.5.3.5 Thiết kế HEN với mục tiêu chi phí vận hành nhỏ nhất 83
4.5.3.6 Chia dòng (phân nhánh) phục vụ cho quá trình thiết kế 85
4.5.3.7 Đánh giá HEN vừa thiết kế 86
4.5.3.8 Thiết kế cải tiến HEN 88
4.5.3.9 Phương pháp Pinch dùng khi thiết kế cải tiến 88
4.5.3.10 Hiệu chỉnh thiết bị trao đổi nhiệt Cross Pinch 88
4.5.3.11 Phân tích các đường nhiệt hở 90
Chương 5 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT PINCH PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH THU HỒI NHIỆT CỦA PHÂN XƯỞNG CDU – NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN 92
5.1 Một số mục tiêu cần đạt được khi phân tích phân xưởng CDU 92
5.1.1 Hàm mục tiêu 92
5.1.2 Tối ưu năng suất nhiệt của lò đốt 92
5.1.3 Bề mặt trao đổi nhiệt tối ưu 92
5.1.4 Số lượng thiết bị trao đổi nhiệt tối ưu 93
5.1.5 Chi phí tối ưu 93
5.2 Các bước tiến hành để ứng dụng kỹ thuật Pinch 94
5.2.1 Trích xuất dữ liệu từ sơ đồ PFD và P&ID 94
5.2.2 Mô phỏng phân xưởng CDU bằng phần mềm Hysys 95
5.2.3 Phân tích quá trình thu hồi nhiệt bằng kỹ thuật Pinch 95
5.2.4 Xác lập chế độ vận hành cho HEN 97
5.3 Kết quả mô phỏng và phân tích Pinch 97
5.4 So sánh trường hợp hiện tại với trường hợp tối ưu 100
5.5 Các biện pháp cải thiện mô hình hiện tại nhà máy 101
5.5.1 Phân tích đường nhiệt hở 101
5.5.1.1 Kết quả khi tăng công suất E015 102
MỘT SỐ KÍ HIỆU DÙNG TRONG ĐỒ ÁN 106
DANH MỤC BẢNG VẼ 116
DANH MỤC HÌNH VẼ 118
LỜI NÓI ĐẦU
Các quá trình trong công nghệ hóa học như: Chưng cất, phản ứng hóa học, trích ly…cần được cung cấp một lượng năng lượng cần thiết để quá trình xảy ra đạt hiệu quả và đảm bảo thu được các sản phẩm có chất lượng tốt đáp ứng nhu cầu thị trường. Dòng sản phẩm ra khỏi các thiết bị của quá trình thường có nhiệt độ cao và cần được làm lạnh để đưa vào kho lưu trữ trước khi đưa đi phân phối đến nơi tiêu thụ. Tất cả chi phí cho quá trình đun nóng và làm lạnh đều được tính vào giá thành của một đơn vị sản phẩm vì vậy nếu chi phí cho quá trình đun nóng và làm nguội đắt tiền thì sản phẩm bán ra thị trường có giá cao, tính cạnh tranh thấp. Vì vậy, tiết kiêm năng lượng tiêu thụ là một vấn đề rất quan trọng có ảnh hưởng lớn đến lợi nhuận và sự tồn tại của nhà máy. Để làm được việc này, chúng ta cần thiết kế hệ thống trao đổi nhiệt để tận dụng nhiệt của các dòng nóng để gia nhiệt nguyên liệu làm gảm chi phí cho quá trình đun nóng và làm nguội.
Hiện nay, người ta dùng kỹ thuật Pinch technology để thiết kế hệ thống trao đổi nhiệt, nhằm tận dụng tối đa lượng nhiệt có thể thu hồi được từ quá trình qua đó làm giảm chi phí cho quá trình đun nóng và làm lạnh, tiến đến làm giảm chi phí tổng của quá trình.
Kỹ thuật Pinch technology cung cấp cho người thiết kế một công cụ thuận tiện để phân tích quá trình thu hồi nhiệt tại các nhà máy hóa chất, hóa dầu và đặt biệt là trong lĩnh vực lọc dầu. Bằng cách xây dựng đường tổ hợp (Composite curve và Grand composite curve) cho các dòng công nghệ nóng và nguội trong quá trình, kỹ thuật Pinch technology giúp chúng ta tính toán lượng nhiệt cần cấp thêm vào hay lấy bớt ra khỏi quá trình một cách dễ dàng thông qua lựa chọn giá trị Dtmin thích hợp của hệ thống trao đổi nhiệt.
Đề tài của tui là: “Mô phỏng phân xưởng Chưng Cất Dầu Thô và Áp dụng Pinch technology để đánh giá hệ thống thu hồi nhiệt ”, trên cơ sở kiến thức cơ bản của kỹ thuật Pinch, ứng dụng phần mềm Aspen HX – Net, Excel tui đã hoàn thành đồ án này. Đồ án bao gồm 2 phần chính:
Mô phỏng phân xưởng Chưng cất Dầu Thô(CDU) trên hysys
Ứng dụng kỹ thuật Pinch và phần mềm Aspen HX – Net để tính toán lượng nhiệt thu hồi của phân xưởng CDU.
tui xin chân thành Thank thầy giáo PGS. TS Nguyễn Đình Lâm đã giúp tui hoàn thành đồ án này đúng hạn.
Trong quá trình làm, do nhiều nguyên nhân khác nhau nên những thiếu sót là điều khó tránh khỏi. Rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô giáo và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.
Đà nẵng, ngày 09 tháng 6 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Đoàn Văn Hiếu
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN
1.1 Giới thiệu
Nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, Việt Nam thuộc khu kinh tế Nghi Sơn, nằm ở phía Nam tỉnh Thanh Hóa, cách Hà Nội 200km, có đường bộ và đường sắt Quốc gia chạy qua, có cảng biển nước sâu cho tàu có tải trọng đến 30.000 DWT (Dead Weight Ton) cập bến. Khu kinh tế Nghi Sơn được đánh giá là trọng điểm phát triển phía Nam của Vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, đồng thời là cầu nối giữa vùng Bắc Bộ với Trung Bộ, với thị trường Nam Lào và Đông Bắc Thái Lan.
Mục tiêu cụ thể của việc xây dựng nhà máy lọc dầu Nghi Sơn do chính phủ đề xuất là:
- Đáp ứng nhu cầu thị trường và a ninh năng lượng.
- Cung cấp nguyên liệu để phát triển nghành công nghiệp hóa dầu.
- Đóng góp vào sự phát triển kinh tế của khu vực phía bắc và đảm bảo sự phát triển đồng đều của cả nước.
1.2 Công suất thiết kế và nhu cầu sản phẩm thương mại của nhà máy
Dự án này có tổng mức đầu tư lên tới 9 tỷ USD và có công suất 9.6 triệu tấn dầu thô trong một năm giai đoạn đầu và có thể nâng cấp lên 10 triệu tấn dầu thô một năm. Chủ đầu tư này là một công ty liên doanh gồm: Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (PVN) (25,1% vốn), Công ty Dầu mỏ Kuwait (KPI) (35,1%), Công ty Idemitsu Kosan Co (IKC) (35,1%) và Công ty Hóa chất Mitsui Chemicals Inc (MCI) 4,7%. Liên danh nhà thầu EPC do công ty JGC Corporation (Nhật Bản) đứng đầu và các nhà thầu: Chiyoda Corporation (Nhật Bản), GS Engineering & Construction Corporation (Hàn Quốc), SK Engineering & Construction Co., Ltd (Hàn Quốc), Technip France (Pháp), và Technip Geoproduction (M) Sdn. Bhd (Malaysia).
Nhà máy được thiết kế cung cấp các sản phẩm thương mại:
- 2,3 triệu tấn xăng dầu với 3 loại khác nhau: RON92, RON95 và RON98.
- 3,7 triệu tấn dầu diesel, 400.000 tấn polypropylene.
- 600.000 tấn nhiên liệu phản lực JET A1.
- 1 triệu tấn khác hóa dầu và 0,5 triệu tấn LPG.
1.3 Nguồn nguyên liệu được sử dụng cho nhà máy lọc dầu Nghi Sơn
1.3.1 Các đặc tính dầu thô từ Kuwait
Là dầu thô trung bình (d = 0,876 và oAPI = 29,9) và có hàm lượng lưu huỳnh cao (2,65%wt). Do đó, trong quá trình xử lý, dầu thô cần được xử lý để tạo sản phẩm có chất lượng tốt.
Hàm lượng kim loại nặng trong dầu là tương đối cao. Ví dụ, hàm lượng Nikel là 10,1 ppm, Vanadium là 31,1 pPhần mềm và sắt 0,7 ppm. Với nồng độ kim loại như vậy, nó sẽ có hại cho quá trình sản xuất bởi vì sự hiện diện của các kim loại này gây ngộ độc chất xúc tác, hư hỏng thiết bị và giảm chất lượng sản phẩm.
Hàm lượng nitơ trong khoảng 372 ppm, đó là có khả năng gây ngộ độc chất xúc tác và giảm độ ổn định của dầu trong quá trình bảo quản.
Nhận xét:
Từ bảng kết quả ta thấy khi tăng công suất E015 lên thì lượng nhiệt cấp cho lò đốt giảm 2.84%, lượng nhiệt cần làm nguội giảm 2.7%, vì thế chi phí vận hành giảm 2.87% so với mô phỏng tuy nhiên chi phí đầu tư tăng 20.87% do diện tích trao đổi nhiệt tăng lên 34.2% nên làm tăng chi phí đầu tư vì vậy mà tổng chi phí cho quá trình tăng lên 6.3%.
Hình 5.9 đường tổ hợp nóng và lạnh khi DTmin = 18.4
Kết luận
Áp dụng kỹ thuật Pinch technology vào phân tích quá trình thu hồi nhiệt của phân xưởng CDU, với giả thiết tất cả các thiết bị ở dạng Shell – tube, chúng tui đã tính toán và đưa ra phương pháp giải quyết phù hợp, năng suất nhiệt của lò đốt tiết kiệm được 2.84%, chi phí cho quá trình làm lạnh tiết kiệm được 2.7%, chi phí vận hành giảm được 2.87% so với mô hình hiện tại. Tuy nhiên trong thực tế, các thiết bị trao đổi nhiệt bằng không khí không phải ở dạng tube – shell nên phần tính toán kinh tế của quá trình chưa thực sự chính xác. Các hệ số a, b, c dùng để tính chi phí của thiết bị trao đổi nhiệt và lò đốt được lấy theo giá thiết bị năm 2006 nên không còn phù hợp với thời điểm hiện tại.
KẾT LUẬN
Pinch technology là kỹ thuật rất hay trong tính toán, phân tích tối ưu quá trình thu hồi nhiệt, nó cung cấp cho chúng ta một công cụ đơn giản và dễ quan sát trong việc tính toán tối ưu hệ thống trao đổi nhiệt. Thông qua việc khảo sát sự ảnh hưởng của giá trị Dtmin lên chi phí đầu tư, chi phí vận hành để tìm ra giá trị Dtmin tối ưu – giá trị Dtmin mà ở đó chi phí tổng của quá trình là nhỏ nhất. Với giá trị Dtmin tối ưu, chúng ta xây dựng đường tổ hợp và đường tổ hợp Grand và hoàn toàn xác định được lượng nhiệt cần cấp thêm vào quá trình, lượng phụ trợ cần dùng để làm lạnh các dòng sản phẩm. Ngoài ra kỹ thuật Pinch technology còn được ứng dụng vào nhiểu lĩnh vực khác như Pinch nước, Pinch hydro và dùng để phân tích toàn bộ một nhà máy với nhiều phân xưởng khác nhau.
Trong giới hạn nội dung đồ án này, chúng tui chỉ Mô Phỏng phân xưởng Chưng Cất Dầu thô CDU và áp dụng Pinch technology để đánh giá hệ thống thu hồi nhiệt. Qua quá trình làm việc vất vả và sáng tạo, chúng tui đã:
Mô phỏng được phân xưởng Chưng Cất Dầu Thô (CDU) và những nguyên tắc cần tôn trọng trong quá trình thiết kế.
Áp dụng thành công kỹ thuật Pinch technology để đánh giá hệ thống thu hồi nhiệt trên phần mềm Aspen HX – Net.
Sử dụng các phương pháp đã học để cải thiện mô hình hiện tại của nhà máy..
Do thời gian làm việc tương đối ngắn, giới hạn sử dụng của phần mềm cộng thêm lĩnh vực này hoàn toàn mới nên đồ án này vẫn còn nhiều thiếu sót và cần thêm thời gian để hoàn thiện những tính toán đặc biệt là những tính toán kinh tế. Vì thế đồ án này chỉ mang tính chất tham khảo chưa thể áp dụng vào giảng dạy.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
Tags: P&ID của CDU